步進電機是一種特殊的控制電機。它的旋轉(zhuǎn)以一個固定的角度(稱為“步進角度”)一步一步地進行。其特點是無累積誤差(精度為100%)，因此廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制中。步進電機必須由電子設(shè)備驅(qū)動，即步進電機驅(qū)動器，它將控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號轉(zhuǎn)換成步進電機的角位移，或者說，每次控制系統(tǒng)發(fā)出脈沖信號，步進電機就會通過驅(qū)動器旋轉(zhuǎn)一個步進角度。因此，步進電機的速度與脈沖信號的頻率成正比。雖然步進電機已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，但步進電機并不像普通的DC電機，常用的是交流電機。只有由雙環(huán)脈沖信號和功率驅(qū)動電路組成的控制系統(tǒng)才能使用。所以步進電機不好用，涉及到機械、電機、電子、計算機等很多專業(yè)知識。

本文主要介紹步進電機的選擇原則和誤差。首先介紹了步進電機的選擇原則，其次介紹了步進電機的選擇要素和步驟，最后闡述了步進電機選擇的誤差，具體按照小系列來詳細了解。

　　步進電機選型原則

1.首先，確定步進電機驅(qū)動負載所需的扭矩。最簡單的方法是在負載軸上加一個杠桿，用彈簧秤拉杠桿。張力乘以臂的長度就是負載力矩。或者根據(jù)負荷特性理論計算。因為步進電機是控制電機，所以目前常用的步進電機最大扭矩不超過45Nm。扭矩越大，成本越高。如果你選擇的電機扭矩比較大或者超過這個范圍，可以考慮加減速裝置。

2.確定步進電機的最高運行速度。速度指標在步進電機的選擇中非常重要。步進電機的特點是隨著電機轉(zhuǎn)速的增加，轉(zhuǎn)矩減小，其減小的速度與驅(qū)動器的驅(qū)動電壓、電機的相電流、電機的相位電感、電機的尺寸等諸多參數(shù)有關(guān)。一般規(guī)律是驅(qū)動電壓越高，轉(zhuǎn)矩下降越慢。電機相電流越大，轉(zhuǎn)矩下降越慢。設(shè)計方案時，電機轉(zhuǎn)速應(yīng)控制在1500轉(zhuǎn)/分或1000轉(zhuǎn)/分。當然這不是標準，可以參考“矩頻特性”。

3.根據(jù)最大負載轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)速這兩個重要指標，參考“轉(zhuǎn)矩-頻率特性”，可以選擇自己的步進電機。如果你覺得你選的電機太大，可以考慮加個減速器，這樣可以節(jié)約成本，讓你的設(shè)計更靈活。為了選擇合適的減速比，需要綜合考慮扭矩和轉(zhuǎn)速的關(guān)系來選擇最佳方案。

4.最后，應(yīng)考慮一定的(如30%)扭矩余量和轉(zhuǎn)速余量。

5.盡量選擇混合式步進電機，其性能要高于反射式步進電機。

6.盡量選擇細分驅(qū)動，使其在細分狀態(tài)下工作。

7.選擇時不要陷入只看電機轉(zhuǎn)矩的誤區(qū)，也就是說電機的轉(zhuǎn)矩越大越好，和速度指標一起考慮。

8.當速度要求較高時，可以選擇驅(qū)動電壓較高的驅(qū)動器。

9.采購時是用兩相還是三相，沒有具體要求，只要步角能滿足使用要求即可。

　　步進電機的選擇要素

1、臺階角度的選擇

電機的步距角取決于負載精度的要求。負載的最小分辨率(當量)換算成電機軸，每個當量電機應(yīng)該走多少角度(包括減速)。電機的步進角度應(yīng)等于或小于該角度。目前市場上步進電機的步距角一般為0.36度/0.72度(五相電機)、0.9度/1.8度(二相和四相電機)、1.5度/3度(三相電機)等等。

2.靜力矩的選擇

步進電機的動態(tài)轉(zhuǎn)矩很難一次確定，所以我們往往先確定電機的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩。靜態(tài)轉(zhuǎn)矩的選擇是以電機的工作負載為基礎(chǔ)的，分為慣性負載和摩擦負載。沒有單一慣性載荷和單一摩擦載荷。直接起動(通常低速)時要考慮兩種載荷，而加速起動時主要考慮慣性載荷，恒速運行時只考慮摩擦載荷。一般情況下，靜扭矩應(yīng)為摩擦載荷的2-3倍。一旦選擇了靜態(tài)扭矩，就可以確定電機的框架和長度(幾何尺寸)

3.電流選擇

由于電流參數(shù)的不同，相同靜態(tài)轉(zhuǎn)矩下的電機運行特性有很大的不同。根據(jù)轉(zhuǎn)矩-頻率特性圖可以判斷電機電流(指驅(qū)動電源和驅(qū)動電壓)。

綜上所述，電機選型一般應(yīng)遵循以下步驟：

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　　4、力矩與功率換算

　　進電機一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來衡量，力矩與功率換算如下：

　　其P為功率單位為瓦，Ω為每秒角速度，單位為弧度，n為每分鐘轉(zhuǎn)速，M為力矩單位為牛頓·米 P=2πfM/400（半步工作） 其中f為每秒脈沖數(shù)（簡稱PPS）

　　步進電機的選型步驟詳解

　　1、步進電機轉(zhuǎn)矩的選擇

　　步進電機的保持轉(zhuǎn)矩，近似于傳統(tǒng)電機所稱的“功率”。當然，有著本質(zhì)的區(qū)別。步進電動機的物理結(jié)構(gòu)，完全不同于交流、直流電機，電機的輸出功率是可變的。通常根據(jù)需要的轉(zhuǎn)矩大小（即所要帶動物體的扭力大小），來選擇哪種型號的電機。大致說來，扭力在0.8N.m以下，選擇20、28、35、39、42（電機的機身直徑或方度，單位：mm）；扭力在1N.m左右的，選擇57電機較為合適。扭力在幾個N.m或更大的情況下，就要選擇86、110、130等規(guī)格的步進電機。

　　2、步過電機轉(zhuǎn)速的選擇

　　對于電機的轉(zhuǎn)速也要特別考慮。因為，電機的輸出轉(zhuǎn)矩，與轉(zhuǎn)速成反比。就是說，步進電機在低速（每分鐘幾百轉(zhuǎn)或更低轉(zhuǎn)速，其輸出轉(zhuǎn)矩較大），在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)矩（1000轉(zhuǎn)/分--9000轉(zhuǎn)）就很小了。當然，有些工況環(huán)境需要高速電機，就要對步進電動機的線圈電阻、電感等指標進行衡量。選擇電感稍小一些的電機，作為高速電機，能夠獲得較大輸出轉(zhuǎn)矩。反之，要求低速大力矩的情況下，就要選擇電感在十幾或幾十mH，電阻也要大一些為好。

　　3、步進電機空載起動頻率的選擇

　　步進電機空載起動頻率，通常稱為“空起頻率”。這是選購電機比較重要的一項指標。如果要求在瞬間頻繁啟動、停止，并且，轉(zhuǎn)速在1000轉(zhuǎn)/分鐘左右（或更高），通常需要“加速啟動”。如果需要直接啟動達到高速運轉(zhuǎn)，最好選擇反應(yīng)式或永磁電機。這些電機的“空起頻率”都比較高。

　　4、步進電機的相數(shù)選擇

　　步進電機的相數(shù)選擇，這項內(nèi)容，很多客戶幾乎沒有什么重視，大多是隨便購買。其實，不同相數(shù)的電機，工作效果是不同的。相數(shù)越多，步距角就能夠做的比較小，工作時的振動就相對小一些。大多數(shù)場合，使用兩相電機比較多。在高速大力矩的工作環(huán)境，選擇三相步進電機是比較實用的。

　　5、針對步進電機使用環(huán)境來選擇

　　特種步進電機能夠防水、防油，用于某些特殊場合。例如水下機器人，就需要放水電機。對于特種用途的電機，就要針對性選擇了。

　　6、根據(jù)您的實際情況可否需要特殊規(guī)格

　　特殊規(guī)格的步進電機，請和我們溝通，在技術(shù)允許的范圍內(nèi)，加工訂貨。例如，出軸的直徑、長短、伸出方向等。

　　7、如有必要最好與廠家的技術(shù)工程師進一步溝通與確認型號

　　如有必要最好與廠家的技術(shù)工程師進一步溝通，以便于確認你要選擇的步進機電能否滿足你所要求各方面的指標。

　　步進電機選型幾大誤區(qū)盤點

　　1、兩相步進電機、三相步進電機與兩相電220伏、三相電380伏之間的誤區(qū)

　　步進電機按照內(nèi)部構(gòu)造不同，可以分為兩相步進電機、三相步進電機、五相步進電機，由于五相步進電機成本高，市場上很少出現(xiàn)，所以常用的就是兩相步進電機和三相步進電機。很多客戶剛接觸步進，經(jīng)常會誤認為兩相步進電機就是220伏供電，三相步進電機就是380伏供電，其實是錯誤的。我們說的兩相三相步進電機是根據(jù)步進電機內(nèi)部構(gòu)造極對數(shù)來命名區(qū)分的，與220伏380伏供電沒有任何關(guān)系。

　　2、步進電機功率與扭矩之間的誤區(qū)

　　步進電機一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用，通常只用力矩來衡量，而且速度越快力矩就會越小，其功率是變化的，所以步進電機沒有功率這一說法，只說保持轉(zhuǎn)矩，有些客戶為了取代以往的普通的電機，想選個和以前大約差不多的功率的電機，這里有這樣一個大約的公式。

　　力矩與功率換算如下：

　　∵P=Ω.M

　　Ω=2П.n/60

　　∴P=2П.n.M/60，≈n.M/10 功率≈轉(zhuǎn)速*轉(zhuǎn)矩/10

　　其中P為功率，單位為瓦，Ω為每秒角速度，單位為弧度，n為每分鐘轉(zhuǎn)速，M為力矩，單位為N.m。

　　3、步進電機供電的誤區(qū)

　　步進電機如果正常運轉(zhuǎn)，必須與步進電機驅(qū)動器和發(fā)脈沖的控制器同時使用，而步進電機是不需要直接接電源的，步進電機的出線直接和驅(qū)動器連接，我們通常所說的供電電壓是指給驅(qū)動器的供電電壓，有很多客戶希望直接用220V的電壓來供電，方便快捷，但是不是所有步進電機都能實現(xiàn)，一般三相大功率的110步進電機所配驅(qū)動器MA-3208是可以直接220V供電的，其余的小功率的電機驅(qū)動器都是要配一個開關(guān)電源或者變壓器的。

　　4、步進電機命名的誤區(qū)

　　目前國內(nèi)步進電機的命名方式可謂多種多樣，沒有一個統(tǒng)一的國標，各個廠家都以自己的方式命名，有很多客戶直接會問有沒有什么什么型號的步進電機，如果想找到一模一樣命名方式的電機替代，只有找原廠家。其實各個廠家步進電機都是一樣的，只是名字不同，我們只要抓住關(guān)鍵參數(shù)，法蘭邊長，保持轉(zhuǎn)矩，電機機身長度，步距角就可以確定可以替代的電機了。

　　5、步進電機基本步距角與細分之間的誤區(qū)

　　步進電機的細分技術(shù)實質(zhì)上是一種電子阻尼技術(shù)，其主要目的是減弱或消除步進電機的低頻振動，提高電機的運轉(zhuǎn)精度只是細分技術(shù)的一個附帶功能。細分后電機運行時的實際步距角是基本步距角的幾分之一。（兩相步進電機的基本步距角是1.8°，即一個脈沖走1.8°，如果沒有細分，則是200個脈沖走一圈360°，細分是通過驅(qū)動器靠精確控制電機的相電流所產(chǎn)生的，與電機無關(guān)，如果是10細分，則發(fā)一個脈沖電機走0.18°，即2000個脈沖走一圈360°，電機的精度能否達到或接近0.18°，還取決于細分驅(qū)動器的細分電流控制精度等其它因素。不同廠家的細分驅(qū)動器精度可能差別很大;細分數(shù)越大精度越難控制。以次類推。三相步進電機的基本步距角是1.2°，即一個脈沖走1.2°，如果沒有細分，則是300個脈沖走一圈360°，如果是10細分，則發(fā)一個脈沖，電機走0.12°，即3000個脈沖走一圈360°，以次類推。